基于CAXA制造工程师的齿轮造型与加工仿真.doc

基于CAXA制造工程师的齿轮造型与加工仿真2011年第45卷No9基于CAXA制造工程师的齿轮造型与加工仿真35杜家熙,郑素真河南科技学院;河南信阳市公路工程实验检测中心摘要:根据渐开线齿轮齿面形成原理,基于CAXA数控加工软件的公式曲线功能绘制齿轮渐开线齿廓,得到齿轮的精确模型,并在此基础上提出一种齿轮三维建模及生成刀具加工轨迹的方法,完成从零件设计到加工一体化的过程.关键词:渐开线齿轮;齿轮造型;加工仿真中图分类号:TG61文献标志码:AModellingandMachiningSimulationBasedOilGearManufacturingEngineersCAXADuJiaxi,ZhengSuzhenAbstract:BasedoninvolutegeartoothsurfaceformingpnncipleofNCmachiningsoftwareandtheformulaCAXAinvolutecurvefunctiondrawinggeartoothprofile,the3Dmodelingofgearandamethodofcreatingtoolprocessingtrackareputforward.Thentheintegrationfrompartdesigntoprocessinghasbeenachieved.Keywords:involutegear;gearmodelling;machiningsimulation1引言齿轮传动具有工作可靠,使用寿命长,瞬时传动比恒定,效率高,结构紧凑等优点,因此在机械行业中应用非常广泛.随着CAD/CAM/CAE技术的飞速发展,无论是齿轮的三维建模,虚拟装配还是齿轮机构的运动仿真及数控加工,都要求精确构建渐开线齿轮的三维模型.由于标准的直齿渐开线齿轮的齿廓是一段渐开线,它是基圆上的一条切线绕着基圆做纯滚动时该切线上的一固定点形成的轨迹,因此渐开线的绘制成为齿轮建模的一个难点.目前普遍采用的方法是通过参数化方法,利用渐开线公式计算得到精确的齿廓数据点,本文提出了一种利用CAXA制造工程师快速绘制渐开线直齿圆柱齿轮三维模型和数控仿真加工的方法.2渐开线齿轮造型原理根据机械原理可知,渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数如下:齿数z,基圆直径db,齿顶圆直径d.,齿根圆直径df,分度圆直径d,齿顶高h,齿根高hf,齿高h+hf,齿厚s,齿槽宽e,齿距P=e+s.为了方便计算,引入模数m=p/n,则其他各量为:ha=ham,d=椒,hf=(+C)m,dh=dcosa,S=e:mn/2,df=d一2hf,da=d+2.其中,c,a(a取20.)为已知.由此可知,只需模数m,齿数z两个参数就能大致表达出齿轮的外收稿日期:2011年4月形,但是仍不能精确绘制齿轮的渐开线1.渐开线齿轮三维造型的关键是生产符合要求的渐开线轮齿.利用CAXA制造工程师的公式曲线功能可以生成渐开线齿廓.渐开线的直角坐标系参数方程为:(1)tl,()=Rb(sint+teost)一式中,y为渐开线上任一点的直角坐标值;Rb为渐开线基圆半径,Rb=Rcosa,OL=20.;t为渐开线展角,以弧度度量.标准齿轮的齿厚s和槽宽e相等,即s=e=mn/2o齿轮三维造型的步骤:进入草图绘制状态一画出齿顶圆,齿根圆和分度圆一应用公式曲线绘制出渐开线一画出齿根曲线一用镜像功能拷贝出轮齿的另一侧齿廓一裁剪出需要的齿顶和齿根一根据齿数,用圆周阵列功能绘制出全部齿廓曲线一应用拉伸增料功能生成三维实体造型.3造型过程下面以模数为4,齿数为20的标准直齿圆柱齿轮为例,说明其三维造型过程.已知齿顶高系数=1,齿顶隙系数c=0.25,模数Fig=4,齿数彳=20.计算分度圆直径d=80mm,齿顶圆直径d.=88mm,齿根圆直径df=70mm,基圆直径db=75.18mm,齿顶高h=4mm,齿根高hf=5mm,齿厚s=e=6.28mm36选取XOY平面为视图平面和作图平面,激活草图绘制模式.(1)绘制齿顶圆,齿根圆和分度圆.单击圆图标,选取圆心一半径,拾取坐标原点为圆心点,分别输入半径44mm,35mm和40,绘制出齿顶圆,齿根圆和分度圆.(2)绘制渐开线齿廓.单击公式曲线图标,弹出公式曲线对话框(见图1),按式(1)给定参数方程及相关参数,基圆直径dh=75.18mm.拾取坐标原点为渐开线定位点,做一个轮齿齿廓.图1渐开线参数设置对话框(3)做一个轮齿齿根.渐开线具有基圆内无渐开线的特性,因此,当基圆直径大于或小于齿根圆直径时,齿廓曲线的情况是不一样的.计算临界时齿轮的齿数,设RbR,分别将齿根圆半径和基圆半径公式代人上式,即,吉c.s2OP1榭一1.25m(2)可得41.5因此当齿轮齿数42时,基圆直径小于齿根圆直径,齿轮齿廓曲线自齿根圆至齿顶圆均为渐开线;当齿轮齿数<42时,基圆直径大于齿根圆直径,齿轮齿廓曲线自基圆开始直至齿顶圆为渐开线,基圆以内的齿廓曲线(即齿根的过渡曲线部分)不是渐开线,由加工齿轮时的刀具齿顶圆角切出L3j.在数控机床上进行渐开线齿轮加工时,加工刀具可用一般铣刀,所以齿根的过渡曲线可由铣刀半径决定.取齿根的过渡曲线半径为lmm,作出齿根过渡曲线.,(4)做另一个轮齿齿廓.先做一个辅助点,根据齿厚s:6.28mm,单击点图标,以渐开线与分度圆的交点(设为A点)为起始点,在分度圆上做出另一工具技术点B.连接和OB,做AOB的等分线OC,C为直线AB的中点.以OC为镜像轴平面镜像,拷贝出轮齿的另一侧齿廓,如图2所示.(5)裁剪掉不需要的齿顶圆,如图3所示.单击阵列图标,拾取元素:两条渐开线,一个齿顶和一个齿根这四条曲线,输人中心点坐标原点,然后裁剪,删除不需要的地方,如图4所示.图2画出轮齿齿廓图3裁剪(6)拉伸增料生成如图5所示的齿轮实体.图4阵列图5拉伸增料4齿轮模型数控加工刀具轨迹的生成使用直径为2mm的高速钢立铣刀进行加工,设置工艺参数.选择应用一轨迹生成一等高粗加工命令,出现粗加工参数表对话框,在粗加工参数选项卡中设置各项参数.设置切削用量,输入相应的主轴转速和进给速度.起止高度为60mm,安全高度为50ram,单击确定按钮.根据提示拾取,点击确认后系统开始计算,稍后生成粗加工轨迹,如图6所示.选择应用命令,弹出等高精加工参数表对话2011年第45卷9框,按照表中内容设置加工参数.刀具和其它参数按粗加工的参数来设定.根据状态栏提示拾取,按提示完成相应工作,最后生成轨迹,如图7所示引.-,0,0一图6等高粗加工轨迹图7等高精加工轨迹5齿轮加工动态仿真及后处理程序单击线面可见按钮,显示所有已经生成加工轨迹,拾取粗加工轨迹,按右键确认.选择轨迹仿真命令,选择拾取两点方式,拾取粗加工/精加工的刀具轨迹,按右键结束.仿真过程中,系统显示走刀速度.仿真结束后,拾取点观察仿真截面.单击鼠标右键,弹出选择仿真文件对话框,输入文件名,单击保存,存储加工仿真的结果.仿真检验无误后,单击文件一保存,保存粗加工和精加工轨迹.选择应用一后置处理一生成G代码命令,弹出选择后置文件对话框,填写加工代码文件名齿轮粗加工,单击保存.,拾取生成的粗加工的刀具轨迹,按右键确认,立即弹出粗加工代码文件保存即可.同样方法生成精加工G代码_6J.6结语传统的齿轮加工方法速度慢,效率低,刀具复37杂,精度低,用CAXA软件进行建模和数控代码的自动生成,能大大地减少编程人员的工作量,特别是避免了采用专用机床和专用刀具对齿轮的数控程序进行编制和加工.利用CAXA免去了繁琐的数值计算,编程结果直观,通过仿真切削和刀具干涉检查,确保所编程序一次成功,大幅减少机床调试时间和机床试切时间,既可以缩短零件生产周期,又可以确保零件表面品质和加工精度,提高了工作效率,可以取得良好的经济效益.参考文献1蒋晓魁,王建平,李晓峰,等.基于NASTERCAN的渐开线圆柱齿轮数控加工仿真J.组合机床与自动化加工技术,2007(10):7682.2倪春杰.基于CAXA制造工程师XP的齿轮三维造型J.甘肃科技,2005,21(4):7677.3张湘,郭坤州,夏宏玉,等.基于SolidWorks的渐开线齿轮建模方法研究J.现代机械,2008(1):3739.4朱延红,姚素芬.基于SolidWorks和CAXA电子图板的渐开线齿轮快速三维建模方法J.陕西科技大学,2008,26(5):126130.4李文君,刘晓超.基于CAXA的可乐瓶底模具数控加工方法的比较研究J.机电工程技术,2009,38(9):4446.6马保聪,田相克.基于CAXA的复杂曲面三维造型及数控加工J1.机械制造与研究,2O09,38(6):61一62.第一作者:杜家熙,副教授,河南科技学院机电系,453003河南省新乡市FirstAuthor:DuJiaxi,AssociateProfessor,HenanInstituteofScienceandTechnology,Xinxiang,Henan453003,China美国格里森大模数滚刀交货期将缩短为应对全球市场对于大型圆柱齿轮的前所未有的需求,美国格里森刀具公司已投资建成了一个大模数滚刀生产车间,生产全部规格的大型粗切和精切滚刀,交货期将缩短到6个星期.新的滚刀车间采用精益生产方式,加快了大模数滚刀从棒料开始的全部生产过程,包括在现场对滚刀所有参数进行严格检测.新的滚刀车间还使得格里森扩大了滚刀的产品范围,新滚刀的最大直径达到450mm,长度达到530哪,模数达到4o.这些产品包含了格里森广受欢迎的Ez滚刀,它具有独特的容屑槽设计,增加了切削刃数量,在粗切时可比普通滚刀提高70%的进给量.除此而外,新的滚刀车间还能够使得格里森生产出同行业内最精密的精切滚刀,精度达到AGMA标准的从级,可满足各种所需的齿形或特殊的渐开线修形.新车间的建成使得格里森成为同行业内齿轮切削刀具和夹具产品门类最全的公司,涵盖了当今生产圆柱齿轮和锥齿轮所需的所有种类和所有规格的刀具.格里森公司的使命